ОПТИКА КРИСТАЛЛЫ ЛАЗЕРЫ
   
 
Материал ZnS (сульфид цинка)



Оптические изделия из сульфида цинка ZnS (колпаки – обтекатели, окна, плоскопараллельные пластины, линзы, призмы и зеркала) используются в лазерных приборах видимого и ИК спектрального диапазона, а также в оптических системах специального назначения. Основные достоинства кристаллического сульфида цинка - высокая термомеханическая прочность, твердость, химическая инертность и прозрачность в видимой и ИК области спектра (0.4-13.5) мкм. Оптика из ZnS используется в лазерах, работающих в ИК диапазоне на длинах волн 2.8, 3.8 и 5.5 мкм, в приборах формирования изображения для медицинской техники, в системах обнаружения и радиометрии, а также в различных устройствах высокоскоростных летательных аппаратов, т.к. сульфид цинка выдерживает большие аэродинамические нагрузки без существенной деградации оптических характеристик.

При эксплуатации оптических компонентов, испытывающих аэродинамические нагрузки, важными характеристики являются твердость, прочность, коэффициент трещиностойкости и упругие свойства материала.

Благодаря выше перечисленным свойствам, сульфид цинка ZnS используется и как элемент композиционного материала для покрытия оптики из селенида цинка ZnSe, т.к. селенид цинка - менее прочный и менее твердый материал.

Наиболее перспективным методом получения прозрачного материала сульфида цинка ZnS признано газофазное химическое осаждение ZnS при реакции паров цинка Zn и сероводорода H2S. В результате образуется поликристаллический сульфид цинка CVD-ZnS (приставка CVD - Chemical Vapor Deposition). По своей структуре CVD-ZnS - поликристаллический материал, размер микрокристаллов (зерен) является управляемым параметром, который варьируется в процессе производства с целью получения максимальной прочности.

Выращенный таким способом сульфид цинка CVD-ZnS обладает недостаточной прозрачностью в видимой части спектра. Ограничение пропускания в видимом диапазоне обусловлено рассеиванием излучения на оптических микро неоднородностях, образующихся в процессе роста в поликристаллическом CVD-ZnS материале. Оптические неоднородности в виде субмикронных пор и границ между зеренными слоями различной плотности имеют характерные размеры, близкие к длинам волн видимого излучения.

Поликристаллический CVD-ZnS сульфид цинка, прозрачный в ИК области спектра, но с заметным поглощением в видимой части спектра, называется инфракрасным ИК сортом сульфида цинка или CVD-ZnS FLIR grade (FLIR - Forward Looking Infra Red - инфракрасная система переднего обзора), спектральную характеристику пропускания CVD-ZnS FLIR grade см. ниже.

Улучшить свойства поликристаллического CVD сульфида цинка удается при его последующей обработке высокотемпературным газостатическим прессованием – HIP (Hot Isostatically Pressed). В результате такой обработки получают прозрачный поликристаллический сульфид цинка с максимально высоким пропусканием во всем спектральном диапазоне (0.4 - 13.5) мкм, при этом улучшаются упруго- пластические свойства CVD-ZnS материала. Это происходит благодаря уменьшению концентрации оптических микро неоднородностей, упорядочению структуры и упрочнению межатомных связей. Поликристаллический CVD-ZnS рекристаллизуется в процессе обработки в газостате, при этом формируется структура, близкая к равновесной, с преимущественной кристаллографической ориентацией <111>. CVD-ZnS сульфид цинка, прозрачный в широком диапазоне длин волн (0.4 - 13.5) мкм, называется CVD-ZnS MS grade (MS - MultiSpectral), спектральную характериатику пропускания сульфида цинка CVD-ZnS MS grade см. ниже.

В Нижнем Новгороде в Институте химии высокочистых веществ РАН в результате оптимизации параметров процесса газостатического прессования разработана технология изготовления прозрачного поликристаллического сульфида цинка CVD-ZnS MS с минимальным коэффициентом рассеяния в видимом диапазоне при максимально высокой прочности и твердости материала, подробнее см. автореферат диссертации д-ра хим. наук Э. В. Караксиной. Получены параметры прозрачного поликристаллического сульфида цинка (CVD-ZnS MS), соответствующие уровню мировых стандартов: коэффициент рассеяния в видимом спектральном диапазоне 0.04 (1/см) на длине волны 0.5 мкм; механические характеристики - прочность на изгиб - 85 МПа, твердость - 2 ГПа, коэффициент вязкого разрушения — 0.8 (МПа м1/2).

ООО Электростекло выращивает и предлагает оба вида CVD сульфида цинка, описанных выше: CVD-ZnS FLIR grade и CVD-ZnS MS grade, а также изготавливает оптические изделия из этих поликристаллических материалов.

Компания производит из сульфида цинка CVD-ZnS FLIR grade оптические компоненты для ИК систем (как правило работающих в диапазоне (8 - 13) мкм), а именно: CVD-ZnS окна, CVD-ZnS защитные окна-пластины, CVD-ZnS обтекатели – колпаки, клинья, линзы, мениски, а также заготовки для перечисленных выше оптических изделий. Максимальные размеры изготавливаемых деталей: ZnS заготовки и ZnS окна (пластины) – до (200x500) мм, толщиной 15мм, ZnS обтекатели - диаметр до 300мм.

Спектр пропускания (T) полированного окна из сульфида цинка CVD-ZnS FLIR grade толщиной 5 мм в диапазоне (2.5 – 25.0) мкм.

Кроме того ООО Электростекло поставляет поликристаллический сульфид цинка (CVD-ZnS MS) и изделия из него для работы в спектральном диапазоне (0.4 - 13.5) микрон.

Компания производит из сульфида цинка CVD-ZnS MS оптические компоненты: окна, пластины, линзы, клинья, а также заготовки для перечисленных выше оптических изделий. Максимальный диаметр Multispectral CVD-ZnS деталей - до 200 мм.

Спектр пропускания (T) полированного окна из прозрачного сульфида цинка CVD-ZnS MS grade (MultiSpectral) толщиной 5 мм в диапазонах (200 - 1100) нм и (2.5 - 25) мкм.

ООО «Электростекло» предлагает изготовление ZnS оптических изделий, подробнее, см. Каталог.
В настоящее время ООО «Электростекло» изготавливает обтекатели – колпаки из сульфида цинка CVD-ZnS FLIR grade для ИК систем, а также из сапфира (лейкосапфира), CVD-ZnSe, кремния, Ge, CaF2, BaF2, MgF2, LiF, стекла и кварцевого стекла.

Возможно, вы найдете требуемую ZnS оптику в нашем интернет складе, см. Оптические кристаллы (оптика из кристаллов).

Свойства материала ZnS сульфид цинка

ПАРАМЕТР ЗНАЧЕНИЕ
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ZnS (сульфид цинка)  
  Диапазон пропускания   0.37 - 13.5 мкм  
  Показатель преломления, n   2.20084 (l = 10 мкм)  
  Потери на отражение   24.7% (l = 10 мкм, 2 поверхности)  
  dn/dT   38.7 x 10-6/K l = 3.39 мкм  
  Коэффициент поглощения   0.6 х10-3 см-1, l = 3.8 мкм  
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ZnS (сульфид цинка)  
  Плотность   4.09 г/см3  
  Температура плавления   1827° C (диссоциирует при 700° C)  
  Коэффициент теплопроводности   27.2 Вт/(м K) при 298 К  
  Коэффициент термического расширения   6.5 x 10-6/К при 273 К  
  Твердость по Кнупу   160 (масса индентора 50 г)  
  Удельная теплоемкость   515 Дж/(кг K)  
  Диэлектрическая постоянная   8  
  Модуль Юнга, E   74.5 ГПа  
  Предел упругости   68.9 МПа  
  Коэффициент Пуассона   0.28  
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ZnS (сульфид цинка)
  Растворимость   65 х 10-6 г / 100 г воды  
  Молекулярный вес   97.43  
  Класс   Поликристалл, кубический, структура ZnS.  

Показатель преломления

  Длина волны, мкм 0.405 0.436 0.468 0.480 0.509 0.546 0.588 0.644 0.668 0.706  
  Показатель преломления ZnS (сульфид цинка) 2.545 2.489 2.449 2.437 2.413 2.388 2.368 2.347 2.340 2.331  
  Длина волны, мкм 0.780 0.795 0.852 0.894 1.014 1.129 1.530 2.058 3.000 3.500  
  Показатель преломления 2.317 2.314 2.306 2.302 2.292 2.285 2.272 2.264 2.258 2.255  
  Длина волны, мкм 4.000 4.500 5.000 8.000 9.000 10.00 11.25 12.00 13.00    
  Показатель преломления 2.252 2.250 2.247 2.223 2.213 2.201 2.183 2.171 2.153    



 
 
 
Плоскопараллельные пластины
Оптические заготовки
Линзы плосковыпуклые
Линзы двояковогнутые
Оптические клинья
Полированные колпаки-обтекатели
 
  (c) ООО Электростекло. Москва, 119571, улица 26-ти Бакинских Комиссаров, дом 5, тел. (495) 234-5951, sales@elektrosteklo.ru
Вопросы по материалам и работе сайта: webmaster@elektrosteklo.ru